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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserbrennschneiden, bei dem das zu schneidende
Werkstück, z. B. eine Platte, eine Folie od. dgl. aus Metall sich in einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, befindet und der Laserstrahl gemeinsam mit unter Druck stehendem Schneidgas dem Werkstück zugeführt wird. Das Verfahren soll vor allem für Werkstücke angewendet werden, die mit Lasern schwer zu bearbeiten sind. Dabei handelt es sich vor allem um gut wärmeleitende Werkstücke, insbesondere solche, die aus Metall bestehen.
Es wurden nun bereits Versuche unternommen, Werkstoffe unter Wasser mittels Laserstrahlen zu schneiden. Solche Versuche wurden unter Anwendung eines C02-Glaslasers an Stahlblechen vor- genommen, deren Dicke 2 mm betrug.
Der Druck des Schneidgases, das mit dem Laserstrahl aus einer gemeinsamen Düsenöffnung austritt, muss richtig bemessen sein, damit ein Kanal für den Laserstrahl entsteht. Dieses Ver- fahren bringt insoferne Vorteile, als das Wasser die unmittelbare Umgebung der Schneidstelle kühlt und damit das zu schneidende Werkstück einer geringeren thermischen Belastung unterliegt. Dies bringt eine verbesserte Schnittqualität.
Problematisch wird jedoch das Verfahren dadurch, dass das Schneidgas mit relativ hohen
Drücken zugeführt werden muss, was bisnun dazu geführt hat, dass das Schneidgas, das unterhalb der Schnittstelle in das Wasserbad eindringt, zum Teil in grossen Blasen wieder nach oben strömt und damit eine äusserst unruhige Oberfläche verursacht, die einer genauen Fokuslage des Strahles entgegenwirkt. Abgesehen davon wird Flüssigkeit auch grossräumig versprüht, was die Bearbeitung weiter problematisch erscheinen lässt.
Hier Abhilfe zu schaffen, ist eines der Ziele der Erfindung. Erreicht wird dies bei einem
Verfahren der eingangs erwähnten Art, wenn hiebei erfindungsgemäss der Laserstrahl und das
Schneidgas unterhalb der Schnittstelle in ein mit Flüssigkeit, z. B. Wasser, durchsetztes, den
Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material eingeführt werden. Bei
Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kommt es unterhalb der Schnittstelle durch das
Material zu einer feinen Zerteilung des Schneidgases,'wodurch eine Beruhigung der Oberfläche der Flüssigkeit eintritt. Weiters wird durch das absorbierende Material eine verbesserte Ableitung der Wärme, die der Laserstrahl entwickelt, erzielt, so dass die Flüssigkeit nicht mehr verdampft. Damit kann die Fokuslage des Laserstrahles durch kapazitive Abstandsmessung erfolgen.
Mittels des erfindungsgemässen Verfahrens kann extrem dünnes und bisher kaum mittels Laser schneidbares Material einwandfrei verarbeitet werden, wobei extrem schmale Stege zwischen den einzelnen Ausschnitten erreicht werden können. Als Flüssigkeit wird bevorzugt eine solche verwendet, deren Siedepunkt unter 200 C liegt. Bevorzugt wird man jedoch Wasser einsetzen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden als das den Schneidgasdruck abbauende und den Laserstrahl absorbierende Material metallische Fliessspäne eingesetzt, die insbesondere in Form eines Haufwerkes vorliegen. Es kann jedoch auch ein Metallschwamm, ein mehrlagiges metallisches Geflecht (Gitter) oder auch ein Gewebe eingesetzt werden. Alle diese Materialien führen zu einer besonders günstigen Zerteilung des Schneidgases unterhalb des zu schneidenden Werkstückes.
Weiters ist es in Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zweckmässig, wenn als den Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material ein Haufwerk, bestehend aus Band-und/oder Wirr-und/oder Wendel-und/oder Spiral-und/oder Lockenspänen eingesetzt wird. Dieses Material ist besonders einfach herstellbar durch einfache Zerspanungsvorgänge.
Zur Durchführung des Verfahrens bietet sich in besonders bevorzugter Weise eine Vorrichtung an, bei der erfindungsgemäss das den Schneidgasdruck abbauende und den Laserstrahl absorbierende Material in einem, insbesondere wannenförmigen Behälter angeordnet ist, wobei in den Behälter eine Auflagefläche für das zu schneidende Werkstück eingesetzt ist, die das Material nach oben abdeckt. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich durch besondere Einfachheit und daher billige Herstellbarkeit bei grosser Zweckmässigkeit für das erfindungsgemässe Verfahren aus.
Die Vorrichtung kann mit einem Zulauf und einem Ablauf für die Flüssigkeit versehen sein, so dass ein kontinuierlicher Flüssigkeitslauf erreicht werden kann. Durch die Strömung zwischen Einlass und Auslass des Behälters wird die mit den Bläschen durchsetzte (schaumartige) Flüssigkeit vom Werkstückbereich weggefördert.
Der Abzug der Flüssigkeit kann dabei über einen Überlauf, der vor dem Ablauf angeordnet
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ist, erfolgen. Zur Befestigung des zu schneidenden Werkstückes kann die Vorrichtung mit einer
Klemmeinrichtung an der Auflagefläche versehen sein. Die Lagesicherung des Werkstückes kann auf diese Weise besonders einfach vorgenommen werden, was ebenfalls Rückwirkungen auf die
Qualität des erzielten Schnittes bringt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, Fig. l eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer für die Ausführung des erfindungsgemässen Ver- fahrens geeigneten Vorrichtung, und Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 veranschaulichte Vor- richtung.
In den Zeichnungen ist mit --9-- ein Laserschneidkopf bezeichnet. Diesem Laserschneidkopf wird Schneidgas zugeführt. Der Druck des Schneidgases kann an einem Manometer --10--, das am Düsenkörper angeordnet ist, abgelesen werden. Der Druck des Schneidgases kann dabei bis
7 bar betragen.
Zur Aufnahme der Flüssigkeit ist ein wannenartiger Behälter --2-- vorgesehen, in den die Auflagefläche --3-- für das zu schneidende Werkstück eingesetzt werden kann. Der die Auflage- fläche --3-- aufweisende Einsatz --12-- stützt sich am im Inneren des Behälters --2-- an dessen Seitenwandungen befestigten Winkelstücken --13-- ab.
Im Behälter --2-- befindet sich eine Flüssigkeit, deren Siedepunkt bevorzugt unter 200 C liegt und deren freie Oberfläche mit --11-- bezeichnet ist. Die Flüssigkeit deckt dabei das zu bearbeitende Werkstück ab. Das Werkstück wird an der Auflagefläche --3-- durch Klemmleisten - -7--, die schwenkbar an der Auflagefläche --3-- gelagert sind, festgeklemmt. Die Klemmleisten - können mittels eines Kolben/Zylinderaggregats geschwenkt werden.
In unterbrochenen Linien ist in Fig. 2 die Offenstellung der Klemmleisten --7-- eingetragen.
Die Flüssigkeit wird dem Behälter --2-- über einen in den Boden des Behälters mündenden Zulauf - zugeführt und kann durch einen Ablauf --5-- abgezogen werden. Durch entsprechende Dimensionierung der Ablaufmenge und der Zulaufmenge kann ein ständiger Durchfluss an Flüssigkeit durch den Behälter --2-- erzielt werden. Im Behälter --2-- befindet sich ein den Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material Dieses Material, das eine Zerteilung des aus dem Laserschneidkopf strömenden Schneidgases bewirkt, kann ein Haufwerk aus metallischen Fliessspänen sein. Es kann jedoch auch ein Metallschwamm, ein mehrlagiges metallisches Geflecht (Gitter) oder auch ein Gewebe eingesetzt werden.
Die Späne können Bandund/oder Wirr- und/oder Wendel- und/oder Spiral- und/oder Lockenspäne sein.
Bevorzugt wird als Material, das den Schneidgasdruck abbaut und den Laserstrahl absorbiert, Aluminium eingesetzt, da dieses auch die beim Schneiden entstehende Wärme sehr gut ableitet, was einer Verdampfung der Flüssigkeit entgegenwirkt. Durch kapazitive Abstandsmessung kann die Fokussierung des aus dem Laserschneidkopf --9-- austretenden Laserstrahles auf die Oberfläche des zu schneidenden Werkstückes erfolgen.
Als den Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material kann bei-
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beliebiger Formteil sein kann, befindet, kann auch Glykol oder Glycerin sein.
Dadurch, dass das Schneidgas, das den Laserstrahl umhüllt, in das von Flüssigkeit durchsetzte Wärmeableitmaterial eindringt, wird ein "Aufkochen" der Flüssigkeit mit grosser Blasenbildung verhindert und das Schneidgas wird in feine Bläschen zerteilt.
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The invention relates to a method for laser flame cutting, in which that to be cut
Workpiece, e.g. B. a plate, a film or the like. Made of metal in a liquid, for. B. water, and the laser beam is fed to the workpiece together with pressurized cutting gas. The method is primarily intended for workpieces that are difficult to machine with lasers. These are primarily workpieces that conduct heat well, especially those made of metal.
Attempts have now been made to cut materials under water using laser beams. Such tests were carried out using a CO 2 glass laser on steel sheets, the thickness of which was 2 mm.
The pressure of the cutting gas that emerges with the laser beam from a common nozzle opening must be correctly dimensioned so that a channel for the laser beam is created. This method has advantages in that the water cools the immediate vicinity of the cutting point and the workpiece to be cut is therefore subject to less thermal stress. This brings an improved cut quality.
However, the method is problematic in that the cutting gas with relatively high
Pressures have to be supplied, which has so far led to the fact that the cutting gas, which penetrates into the water bath below the interface, partly flows up again in large bubbles and thus causes an extremely uneven surface, which counteracts a precise focus position of the beam. Apart from this, liquid is also sprayed over a large area, which makes the processing seem problematic.
To remedy this is one of the aims of the invention. This is achieved with one
Method of the type mentioned at the outset, if according to the invention the laser beam and the
Cutting gas below the interface in a liquid, e.g. B. water, interspersed with
Cutting gas pressure reducing material and the laser beam absorbing material are introduced. At
Application of the method according to the invention occurs below the interface through the
Material for a fine fragmentation of the cutting gas, which causes a calming of the surface of the liquid. The absorbent material also improves the dissipation of the heat that the laser beam generates, so that the liquid no longer evaporates. The focus position of the laser beam can thus take place by capacitive distance measurement.
By means of the method according to the invention, extremely thin and previously hardly laser-cut material can be processed properly, whereby extremely narrow webs can be achieved between the individual cutouts. A liquid whose boiling point is below 200 ° C. is preferably used as the liquid. However, water is preferred.
In a further embodiment of the invention, metallic flow chips are used as the material which reduces the cutting gas pressure and absorbs the laser beam, which are in particular in the form of a pile. However, a metal sponge, a multi-layer metallic mesh (grid) or a fabric can also be used. All of these materials result in a particularly favorable cutting of the cutting gas below the workpiece to be cut.
Furthermore, in an embodiment of the method according to the invention, it is expedient if a pile consisting of strip and / or tangled and / or spiral and / or spiral and / or curl chips is used as the material which reduces the cutting gas pressure and absorbs the laser beam. This material is particularly easy to manufacture by simple machining processes.
To carry out the method, a device is particularly preferred in which, according to the invention, the material which reduces the cutting gas pressure and absorbs the laser beam is arranged in a, in particular trough-shaped, container, a support surface for the workpiece to be cut being inserted in the container the material covers upwards. Such a device is characterized by particular simplicity and therefore inexpensive to manufacture with great expediency for the method according to the invention.
The device can be provided with an inlet and an outlet for the liquid, so that a continuous liquid flow can be achieved. Due to the flow between the inlet and outlet of the container, the (foam-like) liquid permeated with the bubbles is conveyed away from the workpiece area.
The liquid can be drawn off via an overflow arranged before the outlet
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is done. To fix the workpiece to be cut, the device with a
Clamping device must be provided on the contact surface. The position of the workpiece can be secured particularly easily in this way, which also has repercussions on the
Quality of the cut achieved.
The invention is explained below with reference to the drawings. 1 shows a plan view of an exemplary embodiment of a device suitable for carrying out the method according to the invention, and FIG. 2 shows a section through the device illustrated in FIG. 1.
In the drawings, --9-- denotes a laser cutting head. Cutting gas is fed to this laser cutting head. The pressure of the cutting gas can be read on a pressure gauge --10--, which is arranged on the nozzle body. The pressure of the cutting gas can be up to
7 bar.
A trough-like container --2-- is provided to hold the liquid, into which the support surface --3-- can be inserted for the workpiece to be cut. The insert --12-- with the support surface --3-- is supported on the angle pieces --13-- attached to the inside of the container --2-- on its side walls.
In the tank --2-- there is a liquid, the boiling point of which is preferably below 200 C and the free surface of which is labeled --11--. The liquid covers the workpiece to be machined. The workpiece is clamped to the support surface --3-- by clamping strips - -7--, which are pivotally mounted on the support surface --3--. The terminal strips - can be swiveled by means of a piston / cylinder unit.
The open position of the terminal strips --7-- is entered in broken lines in FIG. 2.
The liquid is fed to the container --2-- via an inlet opening into the bottom of the container and can be drawn off through an outlet --5--. By appropriate dimensioning of the discharge amount and the feed amount, a constant flow of liquid through the tank can be achieved. In the container --2-- there is a material that reduces the cutting gas pressure and absorbs the laser beam. This material, which causes the cutting gas flowing out of the laser cutting head to break up, can be a heap of metallic flow chips. However, a metal sponge, a multi-layer metallic mesh (grid) or a fabric can also be used.
The chips can be ribbon and / or tangled and / or spiral and / or spiral and / or curly chips.
Aluminum is preferably used as the material which reduces the cutting gas pressure and absorbs the laser beam, since this also dissipates the heat generated during cutting very well, which counteracts evaporation of the liquid. Capacitive distance measurement allows the laser beam emerging from the laser cutting head --9-- to be focused on the surface of the workpiece to be cut.
As a material that reduces the cutting gas pressure and absorbs the laser beam,
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Any molded part can be located, can also be glycol or glycerin.
The fact that the cutting gas, which envelops the laser beam, penetrates into the heat dissipation material permeated by liquid prevents the liquid from "boiling up" with large bubbles and the cutting gas is divided into fine bubbles.
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